Fare Karaciğerinde Hücre Tipine Özgü Gen Ekspresyonu Profiloluşturma
Summary
Ribozom afinite saflaştırmanın (TRAP) çevirisi hücre tipine özgü translating mRNA’nın hızlı ve etkin bir şekilde izole edilmesini sağlar. Burada, karaciğer repopülasyonu ve TRAP bir fare modelinde hidrodinamik kuyruk-ven enjeksiyonu birleştiren bir yöntem göstermek hepatositlerin ifade profilini incelemek için.
Abstract
Yaralanma sonrası karaciğer repopülasyonu çevresel toksinlerin maruz kaldıktan sonra hemen organ yetmezliği ve ölümü önler memelilerin önemli bir özelliğidir. Repopülasyon sırasında meydana gelen gen ekspresyonundaki değişikliklerin daha derin bir şekilde anlaşılması, yaralanmaların ayarlanmasında karaciğer fonksiyonlarının restorasyonunu teşvik etmek için terapötik hedeflerin belirlenmesine yardımcı olabilir. Bununla birlikte, özellikle yeniden çoğalan hepatositleri izole etme yöntemleri hücre belirteçlerinin eksikliği, sınırlı hücre sayıları ve bu hücrelerin kırılganlığı ile inhibe edilir. Karaciğer hasarı ayarında yeniden popülasyonu yeniden özetlemek için Fah -/- fare modeli ile birlikte ribozom afinite arınma (TRAP) teknolojisinin çevirisinin geliştirilmesi, yeniden popülasyonun gen ekspresyonunun profilini n hepatositler. TRAP ile hücre tipine özel çeviri mRNA hızlı ve verimli bir şekilde izole edilir. Yeşil floresan proteini (GFP) etiketli ribozomal protein (RP), GFP:RPL10A’yı seçici olarak ifade eden hepatositlerden mRNA çevirisinin yakınlık temelli izolasyonu ile TRAP’yi kullanan bir yöntem geliştirdik. TRAP, gen ekspresyonu profilini değiştirebilecek floresan aktif hücre sıralaması için gereken uzun süreyi atlatır. Ayrıca, sadece repopulating hepatositler GFP:RPL10A füzyon proteinini ifade ettiği için, izole mRNA karaciğerdeki yaralı hepatositler ve diğer hücre tiplerinden kaynaklanan kontaminasyondan yoksundur. Afinite saflaştırılmış mRNA yüksek kalitededir ve gen ekspresyonunun pcr veya yüksek iş bölümü sekanslama tabanlı analizini sağlar.
Introduction
Omurgalılarda ana metabolik organ olarak, karaciğer glikoz homeostazı sorumludur, serum protein sentezi, safra asidi salgılanması, ve kksorubiyotik metabolizma ve detoksifikasyon. Karaciğer acil karaciğer yetmezliği önlemek için toksinlere maruz kalma üzerine yaralı parankim yeniden olağanüstü bir kapasiteye sahiptir1. Ancak, rejenerasyon yetmezliği asetaminofen veya alkol aşırı tüketimi ayarında oluşabilir, hangi akut karaciğer yetmezliğine yol açabilir2. Ayrıca, viral hepatit enfeksiyonu, yağlı karaciğer hastalığı ve steatohepatit neden olduğu kronik karaciğer hasarı karaciğer fibrozis, siroz ve hepatosellüler karsinom neden olabilir3. Son dönem karaciğer hastalığı için mevcut tek küratif tedavi transplantasyondur ancak organ yetersizliği ile sınırlıdır, tüm hastalar için verimli tedaviyi önler4. Toksik karaciğer hasarı sonrası iyileşme sürecinin daha iyi anlaşılması bu nedenle hastalıklı organda fonksiyon kurtarmak için yeterli rejenerasyon uyarmak için tedavilerin geliştirilmesi için çok önemlidir.
Karaciğer rejenerasyon çalışmaları için en geniş uygulanan model sistemi kemirgenlerde kısmi hepatektomi, hangi karaciğer in büyük bir kısmı hızlı hepatosit genişlemesi ni uyarmak için rezeke edilir5. Ancak, parsiyel hepatektomi, immün hücre infiltrasyonu ve hepatosit hücre nekrozunun eksikliği nedeniyle toksik karaciğer hasarı sonrasında hepatosit genişlemesini tekrarlamaz6. Organ yenileme bu formu modellemek için daha uygun bir sistem Fah-/- fare, fonksiyonel fumarylacetoacetate hydrolase yoksun (FAH) uygun tirozin metabolizması için gerekli ve ölüme yol açan ciddi karaciğer hasarı gelişir7. Bu fareler içme suyunda ilaç nitisinone ile tedavi ile süresiz olarak sağlıklı bir durumda muhafaza edilebilir. Alternatif olarak, FAH ekspresyonu hepatosit bir alt kümesine transgen teslimi ile geri yüklenebilir, hangi nitisinone kaldırma üzerine karaciğer yeniden genişletmek olacak8.
Yeniden popülasyon hepatositlerin gen ekspresyonundaki değişikliklerin profilini çıkarmak için, komşu yaralı hepatositlerden ve diğer hücre tiplerinden kirlenme olmadan Fah-/- faredeki çoğalan hepatositleri özellikle izole etmek için bir araç gereklidir. Ne yazık ki, hepatositfloresan destekli hücre tasnifi (FACS) zordur çünkü (1) karaciğer perfüzyonu sonrası karaciğer perfüzyonu sonrası geri lüzeleme kırılganlık, (2) hepatosit çoğaltma boyutu son derece değişkendir, izolasyon yapma FACS tarafından saf bir popülasyonun zor, ve (3) karaciğer perfüzyonu RNA izolasyoniçin işlem süresi 2 h daha büyüktür, bu nedenle gen ekspresyonu profilleri örnekleri elde edilmeden önce önemli yapay değişikliklere uğrayabilir9.
Alternatif olarak, epitop etiketli ribozomların özellikle hepatositlerin yeniden doldurulmasında ekspresyonu, organ hasattan hemen sonra, toplu karaciğer ile, ribozomlarla bağlı mRNA’nın aktif olarak çevrilmesine olanak sağlar. doku lysates. Burada, translating-ribozom afinite (TRAP)10 ve ardından yüksek iş itimli RNA-sıralama (TRAP-seq) gerçekleştirmek için bir protokol açıklar, özellikle izole etmek ve fahhepatositler yeniden doldurma mRNA profil-/- fare9. Fah ile yeşil floresan protein etiketli ribozomal proteinin (GFP:RPL10A) birlikte ekspresyonu, GFP:RPL10A içeren polizomlarla bağlanan mRNA’nın çevrilmesine olanak sağlar. Bu yöntem, kırılgan yeniden popülasyon hepatositleri izole etmek için karaciğer perfüzyonu gibi herhangi bir hücre ayrışma adımlarını önler. Bunun yerine, tüm organ dokusu ve antikorların lysis hızla hedef hücrelerden özellikle RNA ayıklamak için kullanır. Son olarak, bol, yüksek kaliteli mRNA’nın TRAP-seq ile izolasyonu, yeniden popülasyon sürecinde gen ekspresyonunun dinamik değişimini profillemek için sıralama analizi gibi aşağı akım uygulamaları sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
TRAP-seq, mRNA’nın epitop etiketli ribozomlar aracılığıyla hücre tipine özgü izolasyonu için bir tekniktir ve FACS9’unzaman gereksinimleri gibi sınırlamaları atlatırken FACS yaklaşımlarına alternatif sunar. Bunun yerine TRAP, RNA’nın doğrudan dökme dokulardan hızlı ve verimli bir şekilde izole edilmesine izin verir ve gen ekspresyonundaki herhangi bir değişikliği önlemeye yardımcı olur. TRAP-seq özellikle çoğalan Fah-/- fare karaciğerinde kullan…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma aşağıdaki hibeler tarafından desteklenmiştir: F31-DK1136666 (AWW), K01-DK102868 (AMZ), K08-DK106478 (KJW) ve P30-DK050306 (KJW pilot hibe).
Materials
| 10 mL Tissue Grinder, Potter-Elv, Coated | DWK Life Sciences (Wheaton) | 358007 | |
| Absolutely RNA Miniprep Kit | Agilent | 400800 | |
| Anti-GFP antibodies | Memorial Sloan-Kettering Antibody & Bioresource Core | GFP Ab #19C8 and GFP Ab #19F7 | |
| Bovine Serum Albumin, IgG-Free, Protease-Free | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | |
| cOmplete, Mini, EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836170001 | |
| Cycloheximide | Millipore Sigma | C7698 | |
| Deoxycholic acid, DOC | Millipore Sigma | D2510 | |
| D-Glucose, Dextrose | Fisher Scientific | D16 | |
| DL-Dithiothreitol | Millipore Sigma | D9779 | |
| Dynabeads MyOne Streptavidin T1 | Thermo Fisher Scientific | 65602 | |
| Fisherbrand Petri Dishes with Clear Lid | Fisher Scientific | FB0875712 | |
| HBSS (10x), calcium, magnesium, no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 14065-056 | |
| HEPES, 1M Solution, pH 7.3, Molecular Biology Grade, Ultrapure, Thermo Scientific | Thermo Fisher Scientific | AAJ16924AE | |
| Magnesium chloride, MgCl2 | Millipore Sigma | M8266 | |
| Methanol | Fisher Scientific | A452 | |
| NanoDrop 2000/2000c Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | VV-83061-00 | |
| NEBNext Poly(A) mRNA Magnetic Isolation Module | New England BioLabs | E7490S | |
| NEBNext Ultra RNA Library Prep Kit for Illumina | New England BioLabs | E7530S | |
| Nonylphenyl polyethylene glycol, NP-40. IGEPAL CA-630 | Millipore Sigma | I8896 | |
| Nuclease-Free Water, not DEPC-Treated | Ambion | AM9932 | |
| Overhead Stirrer | DWK Life Sciences (Wheaton) | 903475 | |
| PBS Buffer (10x), pH 7.4 | Ambion | AM9625 | |
| Pierce Recombinant Protein L, Biotinylated | Thermo Fisher Scientific | 29997 | |
| Potassium chloride, KCl | Millipore Sigma | P4504 | |
| RNA 6000 Pico Kit & Reagents | Agilent | 5067-1513 | |
| RNaseZap RNase Decontamination Solution | Invitrogen | AM9780 | |
| RNasin Ribonuclease Inhibitors | Promega | N2515 | |
| Sodium azide, NaN3 | Millipore Sigma | S2002 | |
| Sodium bicarbonate, NaHCO3 | Millipore Sigma | S6297 | |
| SUPERase·In RNase Inhibitor | Invitrogen | AM2694 | |
Riferimenti
- Taub, R. Liver regeneration: from myth to mechanism. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 5 (10), 836-847 (2004).
- Lee, W. M. Etiologies of acute liver failure. Seminars in Liver Disease. 28 (2), 142-152 (2008).
- Sanyal, A. J., Yoon, S. K., Lencioni, R. The etiology of hepatocellular carcinoma and consequences for treatment. The Oncologist. 15 Suppl 4, 14-22 (2010).
- Jadlowiec, C. C., Taner, T. Liver transplantation: Current status and challenges. World Journal of Gastroenterology. 22 (18), 4438-4445 (2016).
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver regeneration. Science. 276 (5309), 60-66 (1997).
- Michalopoulos, G. K. Liver regeneration after partial hepatectomy: critical analysis of mechanistic dilemmas. The American Journal of Pathology. 176 (1), 2-13 (2010).
- Grompe, M., et al. Loss of fumarylacetoacetate hydrolase is responsible for the neonatal hepatic dysfunction phenotype of lethal albino mice. Genes & Development. 7 (12A), 2298-2307 (1993).
- Wangensteen, K. J., et al. A facile method for somatic, lifelong manipulation of multiple genes in the mouse liver. Hepatology. 47 (5), 1714-1724 (2008).
- Wang, A. W., et al. TRAP-seq identifies cystine/glutamate antiporter as a driver of recovery from liver injury. The Journal of Clinical Investigation. 128 (6), 2297-2309 (2018).
- Heiman, M., Kulicke, R., Fenster, R. J., Greengard, P., Heintz, N. Cell type-specific mRNA purification by translating ribosome affinity purification (TRAP). Nature Protocols. 9 (6), 1282-1291 (2014).
- Agilent Technologies. . Agilent RNA 6000 Pico: User Manual. , (2016).
- NEBNext. . NEBNext Ultra RNA Library Prep Kit for Illumina: User Manual. , (2018).
- NanoDrop. . 2000/2000c Spectrophotomerter: User Manual. , (2009).
- Liu, J., et al. Cell-specific translational profiling in acute kidney injury. The Journal of Clinical Investigation. 124 (3), 1242-1254 (2014).
- Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis. Molecular Aspects of Medicine. 30 (1-2), 42-59 (2009).
- Wang, A. W., et al. The dynamic chromatin architecture of the regenerating liver. bioRxiv. , (2019).
- Zahm, A. M., et al. A high-content in vivo screen to identify microRNA epistasis in the repopulating mouse liver. bioRxiv. , (2019).
- Stork, C., Zheng, S. Genome-Wide Profiling of RNA-Protein Interactions Using CLIP-Seq. Methods in Molecular Biology. 1421, 137-151 (2016).
- Zhao, X., et al. Glutathione antioxidant pathway activity and reserve determine toxicity and specificity of the biliary toxin biliatresone in zebrafish. Hepatology. 64 (3), 894-907 (2016).
- Halpern, K. B., et al. Single-cell spatial reconstruction reveals global division of labour in the mammalian liver. Nature. 542 (7641), 352-356 (2017).
- Camp, J. G., et al. Multilineage communication regulates human liver bud development from pluripotency. Nature. 546 (7659), 533-538 (2017).
- Wang, Y. J., Kaestner, K. H. Single-Cell RNA-Seq of the Pancreatic Islets–a Promise Not yet Fulfilled?. Cell Metabolism. 29 (3), 539-544 (2019).
